金屬固態(tài)相變資料教學提綱

1、金屬固態(tài)相變資料2. 按結(jié)構變化分類按結(jié)構變化分類（1）重構型相變）重構型相變 ： 相變時相變時原化學鍵破壞原化學鍵破壞，原子重新，原子重新排列。克服的能壘較高，排列?？朔哪軌据^高，相變潛熱相變潛熱很大，很大，進行緩慢進行緩慢。過。過飽和固溶體的脫溶分解、共析轉(zhuǎn)變屬于此類。飽和固溶體的脫溶分解、共析轉(zhuǎn)變屬于此類。（2）位移型相變：相變時）位移型相變：相變時不需要破壞化學鍵不需要破壞化學鍵，發(fā)生的，發(fā)生的原子位移很小，兩相之間存在一定的晶體學位向關系。原子位移很小，兩相之間存在一定的晶體學位向關系。克服的能壘較小，克服的能壘較小，相變潛熱相變潛熱也很小，也很小，轉(zhuǎn)變速度非常迅速轉(zhuǎn)變速度非常迅速

2、。馬氏體相變屬于此類。馬氏體相變屬于此類。3. 按相變方式分類按相變方式分類（1）形核）形核-長大型相變：相變時在很小范圍內(nèi)發(fā)生原子長大型相變：相變時在很小范圍內(nèi)發(fā)生原子相當激烈的重排，相當激烈的重排，生成新相核心生成新相核心，兩相之間產(chǎn)生相界。，兩相之間產(chǎn)生相界。相變靠不斷的相變靠不斷的生核和晶核的長大生核和晶核的長大實現(xiàn)。脫溶轉(zhuǎn)變、共析實現(xiàn)。脫溶轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變屬于此類。轉(zhuǎn)變屬于此類。（2）連續(xù)型相變：相變時在很大范圍內(nèi)發(fā)生原子輕微）連續(xù)型相變：相變時在很大范圍內(nèi)發(fā)生原子輕微的重排，相變的起始狀態(tài)與最終狀態(tài)之間存在一系列連的重排，相變的起始狀態(tài)與最終狀態(tài)之間存在一系列連續(xù)狀態(tài)，續(xù)狀態(tài)，不需形

3、核不需形核，靠連續(xù)漲落形成新相。，靠連續(xù)漲落形成新相。調(diào)幅分解調(diào)幅分解屬屬于此類。于此類。4. 按相變時能否獲得平衡組織按相變時能否獲得平衡組織（1）平衡相變）平衡相變（2）非平衡相變）非平衡相變5. 按相變方式分類按相變方式分類 （1）有核相變：）有核相變：有形核階段，新相核心可均勻形成，也有形核階段，新相核心可均勻形成，也可擇優(yōu)形成。大多數(shù)固態(tài)相變屬于此類?？蓳駜?yōu)形成。大多數(shù)固態(tài)相變屬于此類。 （2）無核相變：）無核相變：無形核階段，以成分起伏作為開端，新無形核階段，以成分起伏作為開端，新舊相間無明顯界面，如舊相間無明顯界面，如調(diào)幅分解。調(diào)幅分解。6. 按相變過程中原子遷移情況按相變過程中

4、原子遷移情況（1）擴）擴 散散 型：依靠原子的長距離擴散；相界面非共格。如珠型：依靠原子的長距離擴散；相界面非共格。如珠光體、奧氏體轉(zhuǎn)變，光體、奧氏體轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e,C 都可擴散。都可擴散。（2）非擴散型：舊相原子有規(guī)則地、協(xié)調(diào)一致地通過）非擴散型：舊相原子有規(guī)則地、協(xié)調(diào)一致地通過 切變轉(zhuǎn)移到新相中；相界面共格、原子間的相鄰關系不變；切變轉(zhuǎn)移到新相中；相界面共格、原子間的相鄰關系不變；化學成分不變。如馬氏體轉(zhuǎn)變，化學成分不變。如馬氏體轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e,C都不擴散。都不擴散。（3）半擴散型：既有切變，又有擴散。如貝氏體轉(zhuǎn)變，）半擴散型：既有切變，又有擴散。如貝氏體轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e切變，切變，C擴散。擴散。n9.

5、1.2 固態(tài)相變的特征固態(tài)相變的特征1.相變阻力大相變阻力大 固態(tài)相變時系統(tǒng)的自由能變化：固態(tài)相變時系統(tǒng)的自由能變化： GVGv+S + V 驅(qū)動力驅(qū)動力 阻力阻力 界面能增加界面能增加相變阻力大相變阻力大 額外彈性應變能：比體積差額外彈性應變能：比體積差 固態(tài)相變固態(tài)相變 擴散困難（新、舊相化學成分不同時）擴散困難（新、舊相化學成分不同時） 困難困難 2. 慣析面和位向關系慣析面和位向關系 新相與母相的界面為兩種晶體的界面。新相與母相的界面為兩種晶體的界面。根據(jù)匹配關系可分為：根據(jù)匹配關系可分為： 共格界面：共格界面：錯配度錯配度0.05 界面能量低界面能量低 半共格界面：半共格界面：0.0

6、5錯配度錯配度0.25 非共格界面：非共格界面：錯配度錯配度0.25 界面能量最高界面能量最高新相晶核與母相之間存在一定的晶體學位向關系新相晶核與母相之間存在一定的晶體學位向關系新相習慣于在母相的一定晶面上形成新相習慣于在母相的一定晶面上形成 新相沿新相沿特定的晶向特定的晶向在母相在母相特定晶面特定晶面上形成上形成。 慣習方向慣習方向 （母相）（母相） 慣習面慣習面 原因：沿原因：沿應變能最小的方向應變能最小的方向和和界面能最低界面能最低的界面發(fā)展。的界面發(fā)展。3. 晶體缺陷的影響晶體缺陷的影響 點點 缺陷類型缺陷類型 線線 晶格畸變自由能高，易獲得晶格畸變自由能高，易獲得 面面 更大的驅(qū)動力

7、促進形核及相更大的驅(qū)動力促進形核及相 變。變。思考：思考：晶粒細化對相變的影響？晶粒細化對相變的影響？晶體缺陷對相變起促進作用。晶體缺陷對相變起促進作用。4. 原子擴散的影響原子擴散的影響 對于擴散型相變，隨過冷度的增加，相變的驅(qū)動力增對于擴散型相變，隨過冷度的增加，相變的驅(qū)動力增大，轉(zhuǎn)變速度加快。但當過冷度增加到一定程度時，擴大，轉(zhuǎn)變速度加快。但當過冷度增加到一定程度時，擴散成為決定性因素，再增大過冷度會使轉(zhuǎn)變速度減慢，散成為決定性因素，再增大過冷度會使轉(zhuǎn)變速度減慢，甚至原來高溫轉(zhuǎn)變被抑制，在更低溫度下發(fā)生無擴散相甚至原來高溫轉(zhuǎn)變被抑制，在更低溫度下發(fā)生無擴散相變。變。5. 過渡相過渡相 固

8、態(tài)相變阻力大，原子擴散困難，尤其當轉(zhuǎn)變溫度較固態(tài)相變阻力大，原子擴散困難，尤其當轉(zhuǎn)變溫度較低，新、舊相成分相相差大時，難形成穩(wěn)定相，往往形成低，新、舊相成分相相差大時，難形成穩(wěn)定相，往往形成一種協(xié)調(diào)性的中間轉(zhuǎn)變產(chǎn)物一種協(xié)調(diào)性的中間轉(zhuǎn)變產(chǎn)物過渡相。過渡相。 母相母相 較不穩(wěn)定過渡相較不穩(wěn)定過渡相 較穩(wěn)定過渡相較穩(wěn)定過渡相 穩(wěn)定相穩(wěn)定相9.1.3 固態(tài)相變時的形核固態(tài)相變時的形核 核胚核胚 晶核晶核 均勻形核均勻形核 非均勻形核非均勻形核1. 均勻形核均勻形核2. 非均勻形核非均勻形核（1）晶界形核）晶界形核 結(jié)構混亂，降低結(jié)構混亂，降低 易擴散、偏析，利于擴散相變易擴散、偏析，利于擴散相變 新相

9、新相/母相形成共格、半共格界母相形成共格、半共格界面降低界面能面降低界面能 新相生成處位錯消失，能量釋放，提高驅(qū)動力新相生成處位錯消失，能量釋放，提高驅(qū)動力（2）位錯形核位錯形核 位錯不消失，可作為半共格界面的形成部分位錯不消失，可作為半共格界面的形成部分 易于發(fā)生偏聚（氣團），有利于成分起伏易于發(fā)生偏聚（氣團），有利于成分起伏 易于擴散，有利于發(fā)生擴散型相變促進擴散易于擴散，有利于發(fā)生擴散型相變促進擴散（3）空位形核空位形核 新相生成處空位消失，提供能量新相生成處空位消失，提供能量 空位群可凝結(jié)成位錯空位群可凝結(jié)成位錯 （在過飽和固溶體的脫溶析出過程中，（在過飽和固溶體的脫溶析出過程中， 空

10、位作用更明顯。）空位作用更明顯。）（4）層錯形核）層錯形核9.1.4 新相的長大新相的長大1.界面過程控制的新相長大界面過程控制的新相長大（1）非熱激活界面近程控制的新相長大）非熱激活界面近程控制的新相長大 （2）熱激活界面過程控制的新相長大）熱激活界面過程控制的新相長大 切切變變長長大大臺臺階階式式長長大大2 擴散控制的新相長大擴散控制的新相長大 （1） 界面控制長大界面控制長大 新相生成時無成分變化新相生成時無成分變化(有結(jié)構、有結(jié)構、有序度變化）有序度變化） u=exp(-Q/kT)1-exp(-Gv/kT) （2）擴散控制長大）擴散控制長大 新相生成時有成分變化新相生成時有成分變化 u

11、=dx/dt=( C / x)D/(C -C )9.1.5 相變動力學相變動力學 1. 形核率形核率2. 等溫轉(zhuǎn)變曲線等溫轉(zhuǎn)變曲線9.2 擴散型相變擴散型相變9.2.1 調(diào)幅分解調(diào)幅分解 9.2.2 過飽和固溶體的脫溶過飽和固溶體的脫溶 脫溶：從過飽和固溶體內(nèi)沉淀出穩(wěn)定或亞穩(wěn)定的沉淀相脫溶：從過飽和固溶體內(nèi)沉淀出穩(wěn)定或亞穩(wěn)定的沉淀相后，基體成為接近平衡濃度的轉(zhuǎn)變。后，基體成為接近平衡濃度的轉(zhuǎn)變。（一）脫溶的分類（一）脫溶的分類 1、 根據(jù)母相成分的變化分類根據(jù)母相成分的變化分類（1）連續(xù)脫溶：隨新相的形成，脫溶相附近母相的濃度較低，）連續(xù)脫溶：隨新相的形成，脫溶相附近母相的濃度較低，且由相界面

12、向內(nèi)母相的濃度逐步上升，且由相界面向內(nèi)母相的濃度逐步上升，母相的濃度梯度呈連續(xù)母相的濃度梯度呈連續(xù)變化變化，成分連續(xù)平緩的由過飽和狀態(tài)變化到飽和狀態(tài)。新相的，成分連續(xù)平緩的由過飽和狀態(tài)變化到飽和狀態(tài)。新相的長大長大依靠遠距離擴散依靠遠距離擴散。（2）不連續(xù)脫溶：脫溶相一旦形成，其周圍一定距離內(nèi)的母）不連續(xù)脫溶：脫溶相一旦形成，其周圍一定距離內(nèi)的母相立刻由過飽和狀態(tài)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)，并與原始成分的母相形成相立刻由過飽和狀態(tài)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)，并與原始成分的母相形成明顯的分界面明顯的分界面。新相的長大。新相的長大不需遠程擴散不需遠程擴散。2、根據(jù)脫溶相與母相之間的界面性質(zhì)分類、根據(jù)脫溶相與母相之間的界面性質(zhì)

13、分類（1）共格脫溶：當脫溶相與母相的晶體結(jié)構和點陣常數(shù)相）共格脫溶：當脫溶相與母相的晶體結(jié)構和點陣常數(shù)相近或反應溫度較低時，兩相之間易保持共格。新相呈圓盤、近或反應溫度較低時，兩相之間易保持共格。新相呈圓盤、片狀或針狀析出，以片狀或針狀析出，以減少應變能減少應變能。（2）非共格脫溶：新相呈等軸狀析出，以）非共格脫溶：新相呈等軸狀析出，以減少界面能減少界面能。3、根據(jù)脫溶相的分布狀況分類、根據(jù)脫溶相的分布狀況分類（1）普遍脫溶：脫溶在整個固溶體中）普遍脫溶：脫溶在整個固溶體中基本同時發(fā)生基本同時發(fā)生，在母相，在母相中中均勻分布均勻分布。（2）局部脫溶：脫溶只發(fā)生在）局部脫溶：脫溶只發(fā)生在局部局部

14、（晶界或某些特定晶面），（晶界或某些特定晶面），其他區(qū)域不發(fā)生或靠遠距離擴散將溶質(zhì)輸送到脫溶區(qū)。其他區(qū)域不發(fā)生或靠遠距離擴散將溶質(zhì)輸送到脫溶區(qū)。（二）連續(xù)脫溶（二）連續(xù)脫溶 連續(xù)脫溶時，往往先形成一系列過渡相，形成脫溶序列，連續(xù)脫溶時，往往先形成一系列過渡相，形成脫溶序列，在一定條件下逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂赡茏畹偷姆€(wěn)定相。在一定條件下逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂赡茏畹偷姆€(wěn)定相。（1）脫溶序列）脫溶序列（2）脫溶物粗化）脫溶物粗化（三）不連續(xù)脫溶（三）不連續(xù)脫溶 -兩相式脫溶，胞狀式脫溶。通常在母相晶界上形兩相式脫溶，胞狀式脫溶。通常在母相晶界上形核，然后呈胞狀向某一相鄰晶粒內(nèi)生長，與母相有明顯核，然后呈胞狀向某一相

15、鄰晶粒內(nèi)生長，與母相有明顯界面。界面。9.2.3 共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變 1 1、共析轉(zhuǎn)變的形核與生長、共析轉(zhuǎn)變的形核與生長 2 2、共析體的片間距、共析體的片間距 9.3 無擴散相變無擴散相變 相變前后只是晶體結(jié)構發(fā)生變化而成分不改變。相變相變前后只是晶體結(jié)構發(fā)生變化而成分不改變。相變過程中原子可采用無擴散切變方式完成晶格改組，也可過程中原子可采用無擴散切變方式完成晶格改組，也可借助熱激活靠短程擴散跨過相界面完成相變。借助熱激活靠短程擴散跨過相界面完成相變。9.3.1 陶瓷的同質(zhì)異構轉(zhuǎn)變陶瓷的同質(zhì)異構轉(zhuǎn)變 1 1、重構型相變：原化學鍵破壞，原子靠、重構型相變：原化學鍵破壞，原子靠近程擴散近程擴散重

16、新排列，重新排列，相變所需激活能高，較難發(fā)生，相變所需激活能高，較難發(fā)生，轉(zhuǎn)變速度緩慢轉(zhuǎn)變速度緩慢，常有高溫，常有高溫相殘留到低溫的傾向。相殘留到低溫的傾向。2 2、位移型相變：不破壞原化學鍵，只需構成晶體的離子沿、位移型相變：不破壞原化學鍵，只需構成晶體的離子沿特定的晶面晶向整體地產(chǎn)生有規(guī)律的位移，使結(jié)構發(fā)生畸特定的晶面晶向整體地產(chǎn)生有規(guī)律的位移，使結(jié)構發(fā)生畸變就可完成相變。變就可完成相變。不需擴散不需擴散，轉(zhuǎn)變速度非?？燹D(zhuǎn)變速度非?？?。9.3.2 塊型轉(zhuǎn)變塊型轉(zhuǎn)變 9.3.3 馬氏體相變馬氏體相變 A A體快速冷卻到體快速冷卻到MMS S以下轉(zhuǎn)變?yōu)橐韵罗D(zhuǎn)變?yōu)镸M體，體，MM體轉(zhuǎn)變是非擴散性

17、體轉(zhuǎn)變是非擴散性轉(zhuǎn)變，是轉(zhuǎn)變，是FCCFCC的的A A體瞬間原子切變?yōu)轶w瞬間原子切變?yōu)锽CCBCC的過飽和鐵素體。的過飽和鐵素體。1. 1.馬氏體的結(jié)構、形態(tài)與性能馬氏體的結(jié)構、形態(tài)與性能（1 1）馬氏體的晶體結(jié)構）馬氏體的晶體結(jié)構MM體本質(zhì)：體本質(zhì)：C C在在-Fe-Fe中過飽中過飽 和的間隙固溶體。和的間隙固溶體。MM體的晶體結(jié)構：體的晶體結(jié)構： BCCBCC，F(xiàn)CCFCC， 體心正方等。體心正方等。 （2 2）馬氏體的形態(tài)與亞結(jié)構）馬氏體的形態(tài)與亞結(jié)構基本形態(tài)：板條馬氏體基本形態(tài)：板條馬氏體 片狀馬氏體片狀馬氏體 板條馬氏體板條馬氏體a a存在于低、中碳鋼和不銹鋼中。存在于低、中碳鋼和不

18、銹鋼中。b b立體形態(tài)為扁條狀、薄板狀。立體形態(tài)為扁條狀、薄板狀。c c亞結(jié)構：高密度位錯。亞結(jié)構：高密度位錯。軸比軸比c/a稱為稱為馬氏體馬氏體的正方度。的正方度。 片狀馬氏體片狀馬氏體a a存在于高、中碳鋼和高鎳的鐵鎳合金中存在于高、中碳鋼和高鎳的鐵鎳合金中b b形態(tài)：雙凹透鏡狀（二維針狀，竹葉狀）形態(tài)：雙凹透鏡狀（二維針狀，竹葉狀）c c亞結(jié)構：孿晶亞結(jié)構：孿晶d d片狀片狀MM體中的微裂紋體中的微裂紋影響馬氏體形態(tài)的因素影響馬氏體形態(tài)的因素A Fe-CA Fe-C合金：合金：C%C%是主要因素是主要因素 WWC C0.2%0.2%，板條馬氏體，板條馬氏體 WWC C 1.0%, 1.0

19、%, 片狀馬氏體片狀馬氏體 0.2%W0.2%WC C1.0%,FA的，淬火時易開裂的，淬火時易開裂.d熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù):(1214)10-6mm/mm.，比，比A小小1/3。 2 2 馬氏體相變特點馬氏體相變特點（1）無擴散性）無擴散性 a A M無成分變化，只有晶體點陣改變。無成分變化，只有晶體點陣改變。 b 轉(zhuǎn)變可在很低溫下以極快速度進行，轉(zhuǎn)變可在很低溫下以極快速度進行，510-5 510-7S（2）切變性與表面浮凸現(xiàn)象）切變性與表面浮凸現(xiàn)象 宏觀證據(jù)：表面浮凸。宏觀證據(jù)：表面浮凸。（3）具有一定的晶體學位向關系和慣習面）具有一定的晶體學位向關系和慣習面 鋼中已觀察到的有鋼中已觀察到

20、的有K-關系關系：011M111r , Mr 此外還有此外還有西山西山關系，關系，-關系關系。（4）轉(zhuǎn)變是在一個溫度范圍內(nèi)完成的）轉(zhuǎn)變是在一個溫度范圍內(nèi)完成的 必須連續(xù)從必須連續(xù)從MSMf以下才能得到全部以下才能得到全部M體，在其間任一溫度都體，在其間任一溫度都不會使不會使M%增加。增加。（5）高速長大：）高速長大：（6）轉(zhuǎn)變不完全）轉(zhuǎn)變不完全 殘留殘留A體：體：Mf低于室溫時，仍有低于室溫時，仍有A保留。保留。 冷處理：將鋼淬入低于室溫溫度使冷處理：將鋼淬入低于室溫溫度使ArM的工藝。的工藝。Ar的數(shù)量與的數(shù)量與A體的化學成分有關，體的化學成分有關，C%，Ar量量 3.3.奧氏體的穩(wěn)定化奧氏

21、體的穩(wěn)定化概念：馬氏體轉(zhuǎn)變中止、停頓后再繼續(xù)冷卻時出概念：馬氏體轉(zhuǎn)變中止、停頓后再繼續(xù)冷卻時出 現(xiàn)轉(zhuǎn)變滯后和殘余奧氏體量增多的現(xiàn)象?，F(xiàn)轉(zhuǎn)變滯后和殘余奧氏體量增多的現(xiàn)象。（1 1）熱穩(wěn)定化）熱穩(wěn)定化 A體淬火時因緩慢冷卻或在體淬火時因緩慢冷卻或在MSMf之間某溫度停留之間某溫度停留一段時間后，使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變遲滯的現(xiàn)象。一段時間后，使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變遲滯的現(xiàn)象。 （2）機械穩(wěn)定化）機械穩(wěn)定化 在應力在應力應變作用下可以促進鋼中的相變發(fā)生，即形變誘發(fā)應變作用下可以促進鋼中的相變發(fā)生，即形變誘發(fā)相變。相變。 形變誘發(fā)形變誘發(fā)M體相變的最高溫度為體相變的最高溫度為d（S）。）。 Td形變形變:使使A體穩(wěn)

22、定性提高，隨后體穩(wěn)定性提高，隨后M體相變困難。體相變困難。 Td形變形變:誘發(fā)誘發(fā)M體生成，但隨之淬火后，剩余體生成，但隨之淬火后，剩余A 體將穩(wěn)定化，也產(chǎn)生機械穩(wěn)定化。體將穩(wěn)定化，也產(chǎn)生機械穩(wěn)定化。9.3.4 珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變 擴散型相變擴散型相變 （ +Fe3C ）共析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物）共析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物高溫轉(zhuǎn)變高溫轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變溫度：轉(zhuǎn)變溫度：A1550 形成包括：一是鐵、碳原子的擴散形成包括：一是鐵、碳原子的擴散 二是晶格重組二是晶格重組1.珠光體的組織形態(tài)與性能珠光體的組織形態(tài)與性能 珠光體珠光體 片狀片狀P體體 片狀片狀P體體 索氏體（索氏體（S） 屈氏體（屈氏體（T） 粒（球）狀粒（球）狀P體

23、體（1 1）珠光體片層間距）珠光體片層間距S S0 0 S S0 0由珠光體形成溫度決定：由珠光體形成溫度決定：T T越低，越低，S S0 0越小。越小。 S S0 0 =8.02/T =8.02/T 10103 3 (nm) (nm) （2 2）珠光體類型）珠光體類型按片間距按片間距S S0 0大小分大小分 P P：A A1 1650650，S S0 0=150=150450nm450nm，OMOM下能看到。下能看到。 S S：650650600, S600, S0 0=80=80150nm,150nm,高倍高倍OMOM T: 600 T: 600550, S550, S0 0=30=308

24、0nm,TEM80nm,TEM組織名稱表示符號形成溫度范圍/硬度片間距/nm能分辨片層的放大倍數(shù)珠光體PA1650170200HB150450 5 00索氏體S6506002535HRC801501000托氏體T6005503540HRC30802000（3）珠光體性能與形態(tài)尺寸的關系）珠光體性能與形態(tài)尺寸的關系 S0對對影響符合影響符合Hell-Petch公式公式: = K S0-1/2 珠光體團尺寸取決于原始珠光體團尺寸取決于原始A體晶粒大小，珠光體晶粒大小，珠光 體團尺寸減小，強度、韌性增加。體團尺寸減小，強度、韌性增加。 粒狀粒狀P體界面少，基體未被割裂，所以強度體界面少，基體未被割裂

25、，所以強度 較低，但塑性、韌性好。較低，但塑性、韌性好。2. 珠光體的形成珠光體的形成兩種機制兩種機制（1）交替形核長大機制）交替形核長大機制 領先相：領先相：F、Fe3C都可作為領先相都可作為領先相（2）分枝長大機制）分枝長大機制3. 非共析鋼先析出相的形成非共析鋼先析出相的形成（1）先共析體的析出量）先共析體的析出量 在平衡冷卻條件下，先共析體析出量只與成分有關，符合在平衡冷卻條件下，先共析體析出量只與成分有關，符合杠桿定律。杠桿定律。（2）先共析）先共析F體的形態(tài)體的形態(tài)根據(jù)晶粒大小、等溫轉(zhuǎn)變溫度、冷根據(jù)晶粒大小、等溫轉(zhuǎn)變溫度、冷速不同，速不同，先共析先共析F相有相有 ： 塊狀（等軸狀）

26、塊狀（等軸狀） 網(wǎng)狀網(wǎng)狀 針（片）狀等針（片）狀等魏氏組織（魏氏組織（W）：具有先共析針（片）狀）：具有先共析針（片）狀F或或Fe3C的組織。的組織。前前者稱為鐵素體魏氏組織，后者稱為滲碳體魏氏組織。者稱為鐵素體魏氏組織，后者稱為滲碳體魏氏組織。說明：說明：生產(chǎn)中常見的是鐵素體生產(chǎn)中常見的是鐵素體W。低、中碳鋼無論晶粒大小，低、中碳鋼無論晶粒大小，在一定冷卻條件下，都可得到在一定冷卻條件下，都可得到W。W使鋼的力學性能特別塑性、使鋼的力學性能特別塑性、韌性下降、韌脆轉(zhuǎn)化溫度升高。韌性下降、韌脆轉(zhuǎn)化溫度升高。 W W可通過正火、退火、鍛造消除。可通過正火、退火、鍛造消除。Fe-C合金中先共析鐵素

27、體、先共析滲碳體的形態(tài)與等溫溫度合金中先共析鐵素體、先共析滲碳體的形態(tài)與等溫溫度和碳含量的關系：和碳含量的關系：A 奧氏體晶粒度為奧氏體晶粒度為01級級B 奧氏體晶粒度為奧氏體晶粒度為78級級4. 4. 珠光體轉(zhuǎn)變的應用珠光體轉(zhuǎn)變的應用獲得獲得P體的方法：體的方法：退火、正火退火、正火退火或正火的概念：退火或正火的概念： 將鋼加熱到一定溫度并保溫一定時間后，以緩慢的速度冷將鋼加熱到一定溫度并保溫一定時間后，以緩慢的速度冷卻，使之獲得達到或接近平衡狀態(tài)的組織的熱處理工藝。卻，使之獲得達到或接近平衡狀態(tài)的組織的熱處理工藝。 退火：隨爐冷，獲得接近平衡狀態(tài)的組織退火：隨爐冷，獲得接近平衡狀態(tài)的組織

28、正火：空冷，獲得較細的正火：空冷，獲得較細的P體型組織。體型組織。9.4 貝氏體相變貝氏體相變 AB稱為貝氏體轉(zhuǎn)變。稱為貝氏體轉(zhuǎn)變。 中溫轉(zhuǎn)變：中溫轉(zhuǎn)變：TMsT貝貝B上上 慣習面：（慣習面：（225）A與原與原A位向為位向為KS關系。關系。性能：高強、硬（性能：高強、硬（HRC56），塑、韌性好，良好的綜合機），塑、韌性好，良好的綜合機械性能。械性能。 （3 3）粒狀）粒狀B B體體形成溫度：形成溫度：B B體轉(zhuǎn)變的最上部，高于體轉(zhuǎn)變的最上部，高于B B上上轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變T T。組成：組成：F F體：等軸狀，又由許多板條狀體：等軸狀，又由許多板條狀F F體組成體組成 富碳富碳A A體：粒狀。體：粒

29、狀。富碳富碳A A體區(qū)分解體區(qū)分解 最終產(chǎn)物都稱為最終產(chǎn)物都稱為A A 組組成物。成物。 富碳富碳A A體島的分解產(chǎn)物決定于體島的分解產(chǎn)物決定于冷卻條件及冷卻條件及A A穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。2. B2. B體的形成過程體的形成過程過冷過冷A A體體 開始開始 轉(zhuǎn)變溫度低轉(zhuǎn)變溫度低 B B上上 CFCF邊邊 （不均勻）（不均勻） 貧貧C C區(qū)區(qū)F F體形核，切變共格長大體形核，切變共格長大 界，羽毛狀界，羽毛狀富富C C貧貧C C區(qū)區(qū) 鐵原子不能擴散，鐵原子不能擴散，C C不同程度擴散不同程度擴散 B B下下、C C在在F F 上析出上析出 （1 1）B B上上 形成過程：形成過程：（2 2）B B

30、下下形成過程：形成過程：9.5 鋼的熱處理原理鋼的熱處理原理9.5.1 鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度如右圖1. 1.共析鋼的奧氏體化過程共析鋼的奧氏體化過程A氏體化過程經(jīng)歷如下氏體化過程經(jīng)歷如下4個過程：個過程： A體形核體形核 A體長大體長大 殘余殘余Fe3C 溶解溶解 A體均勻化體均勻化注意：注意：控制加熱溫度，保溫時間，若加熱溫度過高，保溫時控制加熱溫度，保溫時間，若加熱溫度過高，保溫時間過長，均會使間過長，均會使A體晶粒粗大。體晶粒粗大。2. 2. 奧氏體晶粒長大及其控制奧氏體晶粒長大及其控制（1 1）晶粒大小的表示方法）晶粒大小的表示方法 晶粒截面的平均直徑或平均面積（體

31、積）內(nèi)晶粒截面的平均直徑或平均面積（體積）內(nèi) 的晶粒數(shù)的晶粒數(shù). . 晶粒度級別指數(shù)晶粒度級別指數(shù)N N：n=2n=2N-1N-1 n n放大放大100100倍時每倍時每645mm645mm2 2面積內(nèi)的晶粒數(shù)面積內(nèi)的晶粒數(shù) NN晶粒度級別晶粒度級別 1414為粗晶粒；為粗晶粒；5858為細晶粒為細晶粒 N8N8為超細晶粒為超細晶粒 晶粒度標準級別圖對比確定晶粒度標準級別圖對比確定. .(2) 奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度起始晶粒度起始晶粒度: PA剛完成時剛完成時A體的晶粒度。體的晶粒度。實際晶粒度實際晶粒度:在某一具體加熱條件下所得到的在某一具體加熱條件下所得到的A 體晶粒大小體晶粒大小.(它

32、是實際的，直接影響它是實際的，直接影響 到冷卻后產(chǎn)物的組織及性能。到冷卻后產(chǎn)物的組織及性能。)本質(zhì)晶粒度本質(zhì)晶粒度:在規(guī)定的加熱條件下在規(guī)定的加熱條件下(93010 , 保溫保溫38h )獲得的獲得的A體的晶粒大小。體的晶粒大小。 本質(zhì)晶粒度反映鋼在加熱溫度本質(zhì)晶粒度反映鋼在加熱溫度 930時的長大傾向，它與時的長大傾向，它與鋼的本質(zhì)鋼的本質(zhì)(成分成分)有關。有關。(3) 奧氏體晶粒大小的控制奧氏體晶粒大小的控制加熱溫度與保溫時間加熱溫度與保溫時間 加熱溫度越高，保溫時間越長，奧氏體晶粒越加熱溫度越高，保溫時間越長，奧氏體晶粒越 粗大。比較而言，加熱溫度作用更大。粗大。比較而言，加熱溫度作用更

33、大。加熱速度加熱速度 快速加熱，短時保溫，可獲得超細晶粒?？焖偌訜幔虝r保溫，可獲得超細晶粒?；瘜W成分化學成分a c%的影響：的影響： c%1.2%時，隨時，隨c%增加，增加，C、Fe自擴散速度增自擴散速度增 加，遷移容易，促進晶粒長大。加，遷移容易，促進晶粒長大。 c%1.2%時，時，A體形成后有未溶碳化物，阻礙體形成后有未溶碳化物，阻礙 晶界移動，阻止晶粒長大。晶界移動，阻止晶粒長大。 b 合金元素的影響合金元素的影響 強烈阻礙晶粒長大的元素：強烈阻礙晶粒長大的元素：Al,V,Ti,Zr,Nb等等 一般阻礙晶粒長大的元素：一般阻礙晶粒長大的元素：W,Cr,Mo等等 阻礙作用不顯著的元素：阻

34、礙作用不顯著的元素：Si,Ni,Cu等等 促進晶粒長大的元素：促進晶粒長大的元素：Mn,P,N及過量的及過量的Al等等原始組織原始組織 原始組織主要影響起始晶粒度原始組織主要影響起始晶粒度。 原始組織越細，則形核率越高，起始晶粒度越小。原始組織越細，則形核率越高，起始晶粒度越小。9.5.2 鋼的冷卻轉(zhuǎn)變鋼的冷卻轉(zhuǎn)變A體的冷卻方式：體的冷卻方式： 連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻 等溫冷卻等溫冷卻1.過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線（過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線（C曲線）曲線）過冷奧氏體：過冷奧氏體：A體在臨界點以下為亞（介）穩(wěn)相，體在臨界點以下為亞（介）穩(wěn)相， 把在臨界點以下處于過冷狀態(tài)待分解的把在臨界點以下處于過冷狀態(tài)待分

35、解的A體體 稱為過冷奧氏體。稱為過冷奧氏體。C曲線（曲線（TTT）：）：A 體在等溫冷卻條件下，過冷體在等溫冷卻條件下，過冷A 體轉(zhuǎn)變溫度體轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變時間轉(zhuǎn)變時間轉(zhuǎn)變量轉(zhuǎn)變量 的關系圖。的關系圖。(1)共析鋼共析鋼C曲線的建立：曲線的建立： 膨脹法、磁性法、電阻法、熱分析法、金相法膨脹法、磁性法、電阻法、熱分析法、金相法共析鋼的共析鋼的C曲線：曲線：當過冷當過冷A體處于極大的體處于極大的過冷度下，會發(fā)生過冷度下，會發(fā)生M體相體相變：變：MSM體轉(zhuǎn)變開始溫度體轉(zhuǎn)變開始溫度MfM體轉(zhuǎn)變終了溫度體轉(zhuǎn)變終了溫度（2）C曲線分析曲線分析水平線水平線A1線：線：AP轉(zhuǎn)變的臨轉(zhuǎn)變的臨界溫度，共析線。界溫度

36、，共析線。各區(qū)域組織：各區(qū)域組織：A550：P體轉(zhuǎn)變區(qū)體轉(zhuǎn)變區(qū)550MS：B體轉(zhuǎn)變區(qū)體轉(zhuǎn)變區(qū)MSMf： M體轉(zhuǎn)變區(qū)體轉(zhuǎn)變區(qū) 孕育期：在孕育期：在Ms線以上，轉(zhuǎn)變開始線以上，轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標間的水平距離。線與縱坐標間的水平距離。 過冷過冷A體的孕育期越長，體的孕育期越長，A體轉(zhuǎn)變速率越慢，過冷奧氏體就越穩(wěn)定。體轉(zhuǎn)變速率越慢，過冷奧氏體就越穩(wěn)定。 2. 2. 影響過冷影響過冷A A體等溫轉(zhuǎn)變的因素體等溫轉(zhuǎn)變的因素(1)A體成分的影響體成分的影響 碳含量碳含量a 孕育期：孕育期： C%=00.77%亞共析鋼，孕育期隨亞共析鋼，孕育期隨C%增加而增增加而增 加，即加，即C曲線右移。曲線右移。 C%=

37、0.772.11%過共析鋼，過共析鋼， 而降而降 低，低， 左移。左移。b 含碳量越高，含碳量越高， MS點越低。點越低。C 與共析鋼相比，亞共析鋼中多了與共析鋼相比，亞共析鋼中多了F體析出線，過共析鋼中多出了體析出線，過共析鋼中多出了Fe3C 析出線。析出線。 合金元素合金元素a 合金元素只有溶入合金元素只有溶入A體中，才會對體中，才會對A體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生重要影響。體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生重要影響。b 除除Co,Al(2.5w%)外的合金元素都增大過冷外的合金元素都增大過冷 A體的穩(wěn)定性，使體的穩(wěn)定性，使C曲線右曲線右移。移。c 碳化物形成元素碳化物形成元素Cr,Mn,W,V,Ti等使等使C曲線分成兩部分（雙鼻

38、），分別表曲線分成兩部分（雙鼻），分別表示示P，B轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。 (2)A體狀態(tài)的影響體狀態(tài)的影響 A體晶粒直徑減小，或成分不均勻，新相形核體晶粒直徑減小，或成分不均勻，新相形核和原子擴散有利，和原子擴散有利，C曲線左移。曲線左移。3. 3. 過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCTCCT曲線）曲線） 退火和正火的目的退火和正火的目的降低或提高硬度，便于進行切削加工降低或提高硬度，便于進行切削加工消除殘余應力消除殘余應力細化晶粒，改善組織以提高鋼的力學性能細化晶粒，改善組織以提高鋼的力學性能為最終熱處理作好組織準備為最終熱處理作好組織準備9.6 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝

39、9.6.1 普通熱處理普通熱處理1 鋼的退火鋼的退火 完全退火：完全退火：亞共析鋼亞共析鋼AC3+3050 F+P 目的：細化，目的：細化，HRC改善切削，去應力改善切削，去應力 等溫退火：等溫退火： 球化退火：球化退火：過共析鋼，合金工具鋼。先正過共析鋼，合金工具鋼。先正 火，火，AC1+2030 普通球化退火普通球化退火 球狀球狀P體體 等溫球化退火等溫球化退火 目的：目的：HRC均勻組織，改善切削，為淬火做準備。均勻組織，改善切削，為淬火做準備。 擴散退火：擴散退火：AC3或或ACm+150300長時保溫長時保溫 消除偏析，成分組織均勻化。消除偏析，成分組織均勻化。 第第一一類類相相變變

40、重重結(jié)結(jié)晶晶退退火火 T T加加 A AC3C3 A AC1C1 第第二二類類T加加0.4%有少量殘余有少量殘余A.) 過共析鋼過共析鋼: AC1+3050 得到細小的隱晶得到細小的隱晶M體體+細碳化物細碳化物+少的殘余少的殘余A體。高硬度，耐磨體。高硬度，耐磨 性，變形小。性，變形小。 T過高，過高，M片狀，過飽和度大，變形大，片狀，過飽和度大，變形大，M體粗，體粗，Ar 多，多，HRC 耐耐 磨性磨性 ，易開裂。，易開裂。 合金鋼由于合金元素的作用使臨界點變化，為使合金元素均勻化應提合金鋼由于合金元素的作用使臨界點變化，為使合金元素均勻化應提高加熱溫度。高加熱溫度。 淬火冷卻介質(zhì)淬火冷卻介

41、質(zhì)淬火目的獲得淬火目的獲得M體組織，應使體組織，應使VVKC 理想的淬火介質(zhì)冷卻曲線如右圖：理想的淬火介質(zhì)冷卻曲線如右圖：但目前還沒有理想的淬火介質(zhì)但目前還沒有理想的淬火介質(zhì)鹽水：鹽水：高溫低溫冷速都快。高溫低溫冷速都快。油：油：高低溫冷速慢，用于淬高低溫冷速慢，用于淬 透性高的合金鋼。透性高的合金鋼。水：水：常用的淬火介質(zhì)。常用的淬火介質(zhì)。新的淬火介質(zhì)應兼有水和油的優(yōu)點。新的淬火介質(zhì)應兼有水和油的優(yōu)點。淬火方法淬火方法 a 單液淬火單液淬火 普通簡單，易機械化（缺點：水淬易變形開裂，普通簡單，易機械化（缺點：水淬易變形開裂，油淬易硬度低。）通常采用預冷方法。油淬易硬度低。）通常采用預冷方法。

42、b 雙液淬火雙液淬火 通常是先冷卻能力較強的，防通常是先冷卻能力較強的，防P體轉(zhuǎn)變，后弱的，體轉(zhuǎn)變，后弱的，M體轉(zhuǎn)變。體轉(zhuǎn)變。常用水淬油冷或油淬空冷，但水淬時間難控制。常用水淬油冷或油淬空冷，但水淬時間難控制。c 分級淬火分級淬火 淬火過程中保溫，待工件溫度均勻后再取出淬火過程中保溫，待工件溫度均勻后再取出緩冷。緩冷。d 等溫淬火等溫淬火n 稍高于稍高于MS點溫度恒溫淬火，獲得點溫度恒溫淬火，獲得B下下 鋼的淬透性鋼的淬透性a 鋼的淬透性：鋼在淬火時獲得鋼的淬透性：鋼在淬火時獲得M的能力。的能力。b 鋼的淬透性表征：鋼的淬透性表征： 在規(guī)定條件下淬火獲得淬透層深度（在規(guī)定條件下淬火獲得淬透層深

43、度（工件表面到工件表面到半半M體區(qū)體區(qū)的深度。的深度。） 淬透層越深，淬透性越好。淬透層越深，淬透性越好。c 淬透性對鋼力學性能影響淬透性對鋼力學性能影響 淬透性高的鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)后組織均勻，具有較高韌性。淬透性高的鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)后組織均勻，具有較高韌性。 淬透性低的鋼，組織內(nèi)外不均，韌性低。淬透性低的鋼，組織內(nèi)外不均，韌性低。 淬透性是鋼固有的屬性，由鋼的成分決定，與淬火工藝無關。淬透性是鋼固有的屬性，由鋼的成分決定，與淬火工藝無關。 淬硬性淬硬性 是指鋼淬火后能達到的最高硬度，它是指是指鋼淬火后能達到的最高硬度，它是指M體的硬度，完全由體的硬度，完全由C含量決定。含量決定。 淬透性好的鋼其淬硬性不

44、一定好，淬透性好壞由合金元素及淬透性好的鋼其淬硬性不一定好，淬透性好壞由合金元素及C含量決定。含量決定。鋼的淬透性的測定鋼的淬透性的測定端淬法（2）鋼的回火）鋼的回火回火：將淬火鋼加熱到低于臨界點回火：將淬火鋼加熱到低于臨界點A1 的某一溫度，保溫一定時間后，以的某一溫度，保溫一定時間后，以適當方式冷卻到室溫的一種熱處理工藝。適當方式冷卻到室溫的一種熱處理工藝。1）淬火鋼組織為）淬火鋼組織為M+Ar ，都是亞穩(wěn)態(tài)組織，回火可加速其向穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化。，都是亞穩(wěn)態(tài)組織，回火可加速其向穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化。2）不同溫度回火，）不同溫度回火，M+Ar 轉(zhuǎn)化程度不同，從而使工件轉(zhuǎn)化程度不同，從而使工件 獲得不同的組織和性能。獲得不同的組織和性能。3）回火是針對淬火組織而言的，沒有淬火就沒有回火。）回火是針對淬火組織而言的，沒有淬火就沒有回火。4）回火是在）回火是在AC1 以下進行的。以下進行的。5）淬火鋼必須回火，否則會變形開裂，顯示很大的脆性等。）淬火鋼必須回火，否則會變形開裂，顯示很大的脆性等。五種轉(zhuǎn)變：五種轉(zhuǎn)變：（1）M體中碳原子的偏聚：體中碳原子的偏聚：20100，F(xiàn)e不不 擴散，擴散，C、N原子偏聚于缺陷處。原子偏聚于缺陷處。（2）M體分解：體